（物理电子学专业论文）基于arm的液晶显示控制设计.pdf

硕 士论 文墓于a r m的液晶显示控制设计 a b s t r 8 c t withth e d e v e l o p m e nto f lcdte c hno 1 o gy， th e m ul ti l 油 li o us d i spi 即s y stem认 七 i c h hav e pow er fo l fu n ctio n com e fo rth i n our 面lyl i fe . thi s p al ” r is m a i ul y inl i qui d c ry s 创d i sp i 盯 t e c hoo l o gy toth eb as i ct e n e tso f the o reti 阔 b asi s ， 叨 b j ch in v e st i gat e s andcom p are s 幼th 山e a k m而c rop r o ces sor ands c m asl c dcon trol syst em o f the irre s pec t 1 ve adv anta g e s 助d di 斗 己 v an tages ， 明 d desi gnand compi ete a set ofl c dcon tr olsy 劝 e mw h j chb as e d on a r 材mic rop ro c e s s o r con tr o l s y stem 刀 l j 盯 就 e mi s b 出 浑 do ns ams ung a r m 而c ro p n x 姆 s s or chip- s 3 c 4 5 1 0 bfor its c p u . a c cordin g tothe a k m而cro p 找 兄 e s so r fe at ur e s ， an the pow erandre set c ircul 仁。 sc illator c irc诚 flas h r n 。 ” 。 理加盯 几沈c ircul 仁 s d r a mme m o ryi n t erfa c e c ir c u l ts ， seri a 】 in te r fa ce c ircul 仁仃a gi n t er fa ce c ircult andlo树 l oom e th。 刀 e t i n t er face ci r c u l t desi gn m e th o d s are d e 劝 吮d ， w hi 】 e th c des c ri p ti o n o f t hel c dm o d u 1 e c i r c 说 t andk e y boar dcon trol c ircult des i gnan d i m p l eyne n 以i o n are focus edon. a fter the succ e s s ful co mnu s s io ni n g invan o us p ar tsofthe c 流ul 礼th e d o 认 . 。 a d and c o m p l l edo f b o o tl o ader胡du c l in u xare i ntr o d u c 峨 in l c dc 。 。 七 。 i system soft w are desi gn se g m e ni ， ad e t a i l ana l y si so f the user p r o gr 司 叮 d e ， e l opm ent b 土 犯 do nu c l in ux o per a t ing 盯 st e mi s given a “ o rd in gtolcdm odul e 介 吐 以 e s andthe fo gi 司 key boar d con tl i c irc山 t u 0co硕四面1 0 氏而s p ape r glv ess o 幻 q e a n a l y s isfo r the 叭 rh o 1 e l c dc 0 n tr o l sy s t e mso ft w ar e d e s i gn. b y th e e n d o f debug ging ， 而5 sy st e ma chie ve s toth e con tr o l o f l c dd i sp i aysy stemb y a 侧 m面crop ro ce s so r . ke y w o r d s : l c d，c o n t r o l t e c hno l o gy，a r m，u c l i nux ，key b o ar d con tro l 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了 加以 标注和致谢的部分外，不包含其他人己 经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研 究 生 签 名 ; 聋一 玉 一枷 7 年7月7日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或 卜 网公布本学位论文的部分或全部内 容，可以向有关部门或机构送 交井授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 釜 传 室 研 究 生 签 名 : 止丰二竺一 ， 7 年7 月7日 硕 1 : 论 文基于a r m的液品淤示控制设计 绪论 人类进入信息社会后对显示技术的要求越来越高， 从而推动了信息显示技术 的迅 速发展。 现在图 像信息 显示 技术正 在向数字 化、 灵活化、 多媒体化的方向发 展， 这样图像显示技术的一个主要应用分支液晶显示控制技术的作用就越来 越明显。 液晶显示控制技术采用数字控制方式，显示平面化、多样化，正好符合 图像显示技术的发展趋势。 随着液晶显示控制技术的发展， 更多功能强大的核心 微处理器得到越来越广泛的应用。l c d(液晶显示) 模块满足了嵌入式系统 日益提 高的要求，它可以显示汉字、字符和图形，同时还具有低压、低功耗、体积小、 重量轻和超薄等很多优点.随着a r m 嵌入式系统的应用越来越广泛，功能也越来 越强 大， 对系统中的 人机界面的 要求也 越来越高， 在应用需求的驱使 下， 许多 在 l i n u x 下的图形界面软件包的开发和移植工作中都涉及到底层l cd驱动的开发问 题。 因此选用a 双嵌入式微处理器， 并在用其构成的嵌入式系统中开发lcd 驱动得 以广泛运用。 1 . 1常用液晶显示控制技术 1 . 1 . 1液晶显示的原理 早在 18 8 8 年， 人们就发现液晶 这一呈液体状的化学物质，像 磁场中的金 属 一样，当受到外界电场影响时， 其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排 列加以 适当的控制， 液晶分 子将会允许光 线穿 越。 位于最后面的一 层是由 荧光 物 质组成的可以发射光线的背光层。 背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之 后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。 液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的 单元格结构中， 一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。 当l cd 中的电极产生 电场时， 液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射， 然 后 经过第二层过滤层的 过滤在屏幕上显 示出来。t 图 l c d 为英文l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y 的 缩写， 即液晶 显示器，是一 种数字显 示 技术， 可以通过液晶 和彩色过滤 器过滤光 源， 在平面 面板上产生图 象。 液晶 显 示 具有功耗低、 体积小、 重量轻、 超薄、 超 精细等 许多 其它显示器无法比 拟的 优 点。 现在液晶显示器已 经进入了 高画 质、 真 彩色显示的 新阶段。 在液晶显示面板 中， 通常采用一种由 透明 导电 基板、 彩色 滤光片、 定向 膜、 偏光板等制 成的夹层， 上 下共两层。 矩阵电 极和有源器件均在 下侧玻璃基板上， 上侧玻璃基板 上有偏光 板、 彩色滤光片和共用电 极等。 偏光板、 彩色滤光片决定了 多少光可以 通过以 及 生成何种颜色的光。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤光片， 有规律 硕 卜 论 文基于a 只 初的液晶显示控制设计 算机的接口。 这 样液晶显示模块可以 直接与 计算机接口， 从 而简化了液晶 显示模 块应用的接口电 路。 有了内 置控制器的液晶 显示模块， 相比 之下就可以 把仅含有 驱动系统的 液晶 显示模块称之为外配控 制器的液晶显示 模块。 闹 我们需要有大量的显示信息和多种多样的显示方式出现在液晶显示屏幕上， 为此，我们在液晶显示控制器的接口部需要选择功能强大的微处理器。lcd 液晶 显示器由于具有体积小、重量轻、低电压、 低功耗等特点，因此适合于结合大规 模集成电路开发出各种便携式显示产品， 具有十分广泛的市场前景。 在嵌入式系 统中，数据 和命令通过网络接口 或串 行口 经过 a 明程序处 理后， 或显示 在l cd上， 或传输到远端的pc上，从而实现人机交互。 对液晶显示控制技术的研究有积极的实用意义。 笔者查阅了很多液晶显示控 制技术方面的 文献和刊物， 发 现目 前国内 外 在这方面的 研究都进入了 全数字化时 代， 并朝着功能更强大， 集成度更高的方向发展。随着我们国家的强大，社会的 进步和国民经济的增长， 越来越多的行业需要液晶显示器来为他们工作。 例如在 军用方面的人机对话操作平台，以及在民用方面的各种规模的液晶显示系统， 如 广告牌， 公交车信息显示牌，火车站信息显示牌等。所以， 研究并设计好更加实 用、 更加可 靠的 液晶显示控制系统有 着很重要的实 用意义。tj 3论文的主要工作 本论文主要是 研究了液晶显示 控制技术， 参阅了大 量的中外 有关 液晶显示控 制技术方面的文献资料， 分析了传统液晶显示驱动电路和本课题的实际要求。 在 嵌入式设计融入液晶显示控制技术方面提出了自己的观点，并设计了一个基于 arm 嵌入式系统的 液晶显示控制系统， 使它能 满足 课题需 求并能正常工 作。 本论文是关于基于a 明的液晶显示控制系统的研制过程，主要内容包括以下 几个部分: 1 .深入分析液晶显示控制器的工作原理， 建立基于a rm嵌入式系统的液晶显 示控制系统的电路模型，提出对驱动电路的基本要求。 2 .根据嵌入式系统的特殊要求，同 时结 合液晶 显示 控制器的 特点， 确定主 体接口电路的结构。 3 .从显示控制人工操作角度考虑，设计并实现键盘电路，从而为用户提供 人机操作界面。 4 .从整体角 度考虑，完成嵌 入式系统 其它相关电 路模块的设计， 并实现电 源质量的保证和分配的合理化. 5 .在l i nxu 操作系统下实现对a 朋微处理器的编程，从而实现对外接液晶显 示器的显示控制. 硕1: 论 文基于a阅 m的液晶褪不控制设计 6 .进行测试和实验分析，并对系统进行前期硬件设计调试和后期软件编程 调试，最终得到稳定运行的显示系统。 硕 1 : 论 文 基于a r 州 的液品显示控制设计 2基于a 明 应用系统电路设计方案的 分析与确定 本章将针对 选用的a 阴芯片， 确定 整个控制系 统的 硬件选型 和单元电 路的 设 计方案。同时绘制系统电路图，制作 pcb 板。最后，进行硬件系统的调试。 2 ， 1系统设计概述 嵌入式应用系统的设计包含硬件系统的设计和软件系统设计两个部分， 并且 这两部分的设计是互相关联、 密不可分的， 嵌入式应用系统的设计经常需要在硬 件和软件的设计之间进行权衡与折中。 因此， 这就要求嵌入式系统设计工程师具 有较深厚的硬件和软件基础， 并具有熟练应用的能力。 这也是嵌入式应用系统设 计与其他的纯粹的软件设计或硬件设计最大的区别。 本课题以北京微芯力科技有限公司设计生产的 a r ml i nux评估开发板为参 考， 详细分析系统的软、 硬件设计步 骤、 实 现细节以 及调试技巧 等， 设计出与本 课题相符的液晶显示驱动控制电路。 图2 . 1 . 1 是基于a 明 的 系统结构框图，各部 分基本功能描述如下: 日 圈 圈 d 公 心 c 转换器 sv 稳压 芍 原 r j4 5以大网口及 网绍隔离变压器 9 针 d型 串行接口 rs z 习驱动器 s dp 乃m 1 6 m b s 3 c 4 5 1 0 b 冉别m 汀 dl甲 n 10h 公 压 2 有源者 翻 派 系统总线扩展 工 工 c 存储器 图2 . 1 . 1基于a r 州 的系统结构框图 1 . 串行接口电 路用于 5 3 c 4 510b 系统与其他应用系统的 短距离双向串行通 讯: 2 . 复位电 路可完成系统上电复 位和在系统 工作时用户按键复位: 3 . 电 源电 路为 sv到 3 . 3v 的dc一 dc 转换 器， 给 s3c4510b 及其他需要 3 . 3v 电源的外围电路供电; 4 . i o mhz 有源晶振为系统提供工作时钟， 通过片内p ll 电路倍频为50翩2 作 侧1 1: 论文菜于人r m的液晶褪示控制设汁 为微处理器的工作时钟: 5 . f lash存储器可存放已 调试好的用户应用程 序、 嵌入式操作系统或其他在 系统掉电后需要保存的用户数据等; 6 . sdr a 劫 存储器作为系 统运行时的主要区域， 系统及用户数 据、 堆栈均位于 sd ra协 存储器中; 7 . 10 m /loom以 太网 接口为 系统提供以 太网 接入的物理通道， 通过该接口 ， 系统 可以10 m 或100 砒ps 的 速率接入以 太网; 8 . j t ag 接口 可对芯片内 部的 所有部件进行访问 ，通过该接口 可对系统进行 调试、编程等; 9 . h c 存储器可存储少量 需要长期保存的用户 数据; 1 0 . 系统总线扩展引出了数据总线、地址总线和必须的控制总线，便于用户 根据自 身的特定需求， 扩展外围电路。 本课题就是 根据系 统扩展接口 线路设计出 液晶控制电路。 2 . 2嵌入式微处理器 s3c4510b 概述 5 胡s u n g 公司的s 3 c 4 5 1 0 b 是 基于以 太网 应用系统的高性 价比1 6 / 3 2 位r i s c 微控 制器，内 含一 个由a 朋公司设 计的1 6 / 32位a 阴7 t d m ir 工 sc处理 器核， arm7 t 叫工 为低功耗、高性能的1 6 / 32核， 最适合用于 对价格 及功耗敏感的应用 场合。 除了a 明7t渊1 核以外， 5 3c4 5 10 b 比 较重要 的片内外围功能 模块包括: ( 1 ) 2 个带缓冲描述符 ( b u f f e rd e s c r i p t o r ) 的h d l c 通道 ( 2 ) 2个u a r t通道 ( 3 )2 个 g d 以 通道 ( 4 ) 2 个3 2 位定时器 ( 5 )1 8个可编程的 1 / 0口 片内的逻辑控制电路包括: ( 1)中断控制器 (2) o r 胡/ s d r 胡控制器 ( 3 ) r om/ s r am 和 f l ash 控制器 ( 4 )系统管理器 (5) 一个内部32位系统总 线仲裁器 ( 6 )一个外部存储器控制器 5 3 c 4 5 1 0 b 结构框图 如图22 . 1 所示. ， 硕 1 : 论文基于a 只 期 的液晶显示控制设计 1 叶 u o 口 包括 4 个外部中断请求 图2 . 2 . is 3 c 4 5 1 0 b 结构框图 2 . 2 . i s 3 c 4 510 b 的引脚分布及信号描述 图2 . 2 . 2 是5 3 c 4 5 1 0 b 的引 脚分布图【 ， 。 硕 ! : 论 文基于八 只 州 的液品显示控制设计 ;，;，;，;一，是:一一 1要，1*，:*，爹;:;:，:含;:;:;重; 份恤州介介 灿肋妇妇妇妇一妇呻妇妇妇 轰 能 汽 蕊 乏 之 敬 盈 盈 之 盆 莎毛 呈 获 盈 里 亩 泣 石 石 亩 奋 舀 巴 丝 兰 胜 生 二 三 忿 二 呈 玉 舀 盗 盆 盈 奋 汤 召 石 舀 言 王 之 性钧仪如相川卜仆伸别”川怀钧，1l”仆诵ij协仆议ll，wilp协功认协p认协切阴p11湘111讹朴111拓脚川讣卜栩权件卜 口吩刚”朴 5 3 c4 5 1 0 b 20 8 一 ofp 塌点撇下卜小。 公份郊华奈布卜 神神神释柑栩拙 月叼旬月习m曰 滋 婆 袭 ， 下 到 节 ) ， 弓 厄 ; 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种方式， 用户可以在 代码大小和系统性能上进行权 衡， 从而为 特定的 应用系 统找到一个最佳的编程 解决方 案。a r m 7 t d m i 内 核的 具 体 结 构 如图2 . 2 . 3 所示 . ijj 巨 二巫遍 亚 二 - 一 - -门 二 二 巫 互 二 口 _. 匡 二 二 三 巫 二 口 漏磁 里妙习 亘亘 亘 亘 口 匕一一一一 巨 三 巫 互 二 。 、 ， 厂 一 丽 菇而 一 刃 读 咔 器 指令解码器 与逻辑径制 地址寄存器 增址器 寄存器组 乘法器 桶型移位器 32位冉 口j 指令流水线与 读数据寄存器 写数据寄存器 图 2 . 2 . 3a rm7 t d m i 核的结构框图 2 . 2 . 35 3 c45 1 0b 的系统管理器 ( s y s t 舰 地n a g e r ) s3c4510b 微处理器的系统管理器 ( s y s t 朗 man ager) 在整个系统工作中 起 至关重要作用， 只有清楚的了解系统管理器在系统中的作用及工作原理， 才能进 行程序设计和系统开发， 但同时， 相对于8 位或16位微处 理器而言， s 3 c 4 510 b 系统管理器的工作原理又是比较复杂的。 s3 c4 51 0b 微 处 理 器 的 系 统 管理 器 具 有以 下 功 能 : 【11 ( 1)基于固定的优先级， 仲裁来自 几个主功能 模块的系统总线访问 请求。 ( 2 )为访问外部存储器提供必需的存储器控制信号。例如 d 撇 控制器或 c p u 要访问d r a m 组的某地址，则系统管理器的d r 胡 控制器就会产生必需的 n o r m a l / e d() 或 s d ra初 访问信号. 可由s y s c f g 3 1 设定访jqn o r m a l / e d o或 s d r 胡 的信号。 ( 3)为s 3 c 4 51o b 和r 洲/sr a m ， 以 及外部1 /0组之间的总 线通信提供必需 的信号。 (4) 为外部存储器的数 据总线和内 部数 据总线之间的数 据流协调总线宽 度的差别。 ( 5 ) 对外部存储器 和 1 /0设备， s 3 c 4 51 0b 同 时支持小 端模式和大端模式 的访问方式. 通过产生外部总线请求信号，外设可访问s 3 c 4 510b 的外部总线。另外， 硕 l 论文 基于人 rm的液晶显示控制设计 s3c45 10 b 可通过 插入 等待周期 ( wait信号) 访问 低速外设。 w ait 信号由 外设 产 生，可延长c pu 的存储器访问周期. 系统管理器使用一组专用的特殊功能寄存器来控制外部存储器的读/ 写操 作，通过对该组特殊功能寄存器编程，可以设定: ( 1)存储器的类型; ( 2 )外部数据总线宽度及访问周期; ( 3 )定时的控制信号 ( 例如 ras 和 c a s): “)存储器组的定位; ( 5)存储器组的大小。 在标准系统配置中访问外设必需的 控制信 号、 地址 信号和数 据信号， 系统管 理器通过设置特殊功能寄存器的值来控制其产生和处理。 特殊功能寄存器也被用 于控制对 r 伽/sr 八 m / flash 组的访问，同时还能控制对多达四个 dr胡 组和四个 外部 1 / 0 组以及一个特殊功能寄存器映射区域的访问。 图22 . 45 3 c 4 5 1 0 b 系统存 储器映射 每 个存储器组在 组内 通过基指 针 (base p o i n t er) 寻址， 其寻址范围是6 4 kb 硕1: 论 文 基于a 只 州 的液晶鼓示控制设计 ( 16位) ， 而基 指针本身为10位。 因 此s 3 c 4 5 10 b 的 最大可寻址范围是2 跳 二 6 4 m b ( 或 1 6 m 字) 。 在进行系统存储器映射时，注意两个相连的存储器组的地址空间决不能重 叠。 图2 . 2 . 4 为5 3 c 4 5 1 0 b 系统存储器映射。1 ， 关于s 3 c 4 5lo b 系统存储器映 射，以下是 几个应当 注意的重点: 1 . s3c4510b 采用统一编址的方式，将系统的片外存储器、片内存储器、 特 殊功能寄存器和外部的 1/0设备，都映射到 6 4 m b的地址空间，同时，为便于管 理，又将地址空间分为如图2 . 2 . 4 所示的若干个存储器组， 可以通过配置包含基 指针 ( b a s ep o i n t e r ) 和尾指 针 ( e n dp o i n t e r ) 的 特殊功能寄存器，设定每个 存储器组的大小和位置。用户可利用基指针和尾指针设置连续的存储器映射。具 体操作如下:即把某个存储器组的基指针的地址设置为前一个存储器组的尾指针 的地址。 请注意在设定存储器组的控制寄存器时，每两个相连的存储器组的地址 空间决不能重叠，即使这些组 被禁用。 2 . 四个外部 1 /0 组被定义在一个连续的地址空间中。只需要将基指针分配 给外部1 /0 组 0 ， 外部 工 /0 组 1 的起始地址就等于外部 1 /0 组0的起始地址+l6 kb， 同理， 外部 1/0 组 2的起始地址就等于外部 1 /0 组 0 的起始地址+3zkb ， 外部 1/0 组 3的起始地址就等于外部 工 /0 组 0的起始地址+4s kb。因此，四个外部组的总 的连续的可寻址范围被定义在外部 工 / 0 组 0的起始地址+64 kb 的地址空间。在整 个可寻址的地址空间中，外部 1 /0 组的起始地址并没有被固定。通过设定组的基 指针，可以设定一个具体的组起始地址，但总的地址空间是连续的 64k 氏 3 .每 个组的 起始物 理地 址为“ 基指针左移16位” ，每组末尾的物理地址为 “ 尾指 针左移 16位 一1 ”。 在上电或系统复位后， 所有组的地址指针寄存器都被初始化到其缺省值. 这 时， 所有的组指针 ( r o m /sr 胡/ flash 组 0 和特殊功能寄存器组除外)都被清零。 这意味 着:除r 伽/sr a m / f l ash 组0 和 特殊功能寄 存器组以 外，所有其它组在系 统启动时都是未被定义的。 这一点很重要， 用户在进行程序设计时，一般总是要 首先通过配置相应寄存器，定义系统的存储空间。 r 渊/sram /fl ash 组 0的尾指针和基指针的复位值分别为 o x200 和 o xo。 这意 味着系统复位后将 自 动定义 r 明/sr 产 幼 / flash 组 0 的地址空间为 3 2 m b ，实际地址 范围为o x 0 0 0 0 ， 0 0 0 0 一 0 x 0 2 0 0 ， 0 0 0 于1 。 r 洲/ s ram / f l a s h 组0 的 这种初始 化定义 使得系统在上电或复位后， 将系统的控制权交给了由用户编写的启动代码，当然 这些启 动代码应存放在外部r 明 中的， 并映射到r 洲/sram / f l ash 组 0 。当起动 代码执行时， 它执行各种系统初始化任务， 并根据应用系统的外部存储器和设备 的实际 情况来重新配置系统的 存储器映射。 顿卜 论 文基 于 a r m 的 液 品 褪 示控 制 设计 与某些 a 阴 芯片不同， s3c 4 5 l o b 应用系统的地址总线的连接方式相对简单. 由于a r m 7td m 工 采用 32 位地址总线， 所有的地址都可以看作字节地址， 地址总线 提供 4 gb 的线性寻址空间，当发出字访问信号时， 存储系统忽略低 2 位 a 【 1 : oj， 当发出半字访问信号时，存储系统忽略低位 a 【 田，基于以上原因，某些 a 明 系 统在与存储器接口时，地址总线的连接需要错开，而 s3c 4 5 10b则通过一个片内 的地址总线生成部件，隐藏该过程，用户在设计系统时，只需将 s3c 4 510b 的地 址总线与存储器的地址总线一一对应连接即可。 2 . 3系统的硬件选型与单元电路设计 2 . 3 . is3c4510b 芯片及引脚分析 s 3 c 4 5 1 0 b 共有2 08只引脚， 采用q fp封装。 首先， 电源和 接地引脚有近50 根， 再除去地址总线、数据总线 和通用1 / 0 口，以 及其他的专用模块如h d l c 、 u a r t 、1 工 c 、袱c 等的接口，真正需要仔细研究的引脚数就不是很多了，但这些 引 脚主 要是控制信号， 需要认 真对待， 在本节 先进行简单的分析， 其后的单元电 路设计里，将会有更详细的说明。 在硬件系统的设计中， 应当注意芯片引脚的类型， 53c 4 510b ( 也包括其他的 微处理器)的引脚主要分为三类，即:输入 ( 1 ) 、输出 ( 0 ) 、输入/ 输出 ( 1 / 0)。 输出 类型的引脚主要用于5 3 c 4 5 1 0b对外设的 控制或通信， 由s 3 c 4 510b主动 发出，这些引脚的连接不会对s3c 4 510b 自身的运行有太大的影响。 输入/ 输出 类型的引脚主要是5 3 c 4 510b 与 外设的双向数据传 输通道. 而某些输入类型的引脚，其电平信号的设置是 s3c 4 510b 本身正常工作的前 提， 在系统设计时必须小心处 理。101 2 . 3 . 2电源电路的设计 在该系统中，需要使用sv和 3 . 3v 的 直流稳压电 源，其中，5 3 c 4 5 1 0 b 及部 分外围器件需 3 . 3v 电源， 另外部分器件需sv 电源， 为简化系统电源电路的设计， 要求整个系统的输入电压为高质量的 sv 的直流稳压电源。系统电源电路如图 2 . 3 . 1 所示: 硕 1 : 论 文 基于 六 又 州 的液晶显示控制设计 。 罗 乙 。丽 月知公 图2 . 3 . 1系统的电源电路 2 . 3 . 3晶振电路与复位电路的设计 晶振电路用于向c p u 及其他电路提供工作时钟。在该系统中，s 3 c 4 510b 使 用有源晶振。 不同 于常用的无 源晶 振， 有源晶 振的 接法略有不同。 常用的有源晶 振的接法如图2 . 3 . 2 所示: 甲cc界 图2 . 3 ， 2系统的晶 振电 路 根据s3c 4 510b 的最高工作频率以及p ll 电路的工作方式，选择 1 0 袱2的有 源晶 振，1 0 阳2 的晶振频率经过s 3 c 4 510b片内的pll 电 路倍频后， 最高可以 达 到 50阳2 。片内的p ll 电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以 较低的外部时 钟信号获得较高的工 作频率， 以 降 低因高 速开关时钟所造成的高 频 噪声。 有 源晶 振的1 脚接 sv电源， 2 脚悬空， 3 脚接 地， 4 脚为晶振的输出，可通 过一个小电 阻 ( 此处为2 2 欧姆) 接s 3 c 4 5 1 0 b 的x c l k 引 脚。 匆 1 上 论 文 基于人 r m的液晶显示控制设计 在系统中， 复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复 位功能。复位电路可由简单的rc 电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功 能更完善的电路。 本系统 采用 较简单的r c 复 位电 路， 经使用证明， 其复 位逻辑是可靠的。复 位电路如图2 . 3 . 3 所示: 图 2 . 3 . 3系统的复位电路 该复位电路的工作原理如下:在系统上电时，通过电阻 ri 向电容cl 充电， 当ci 两端的电压未达到高电平的门限电压时，r e s e t 端输出为低电平，系统处 于复位状 态;当cl两端的电 压达到高电 平的门限电压时，r e s e t 端输出为高电 平，系统进入正常工作状态. 当 按 下按钮51 时， cl 两 端的电 荷被 泻放掉，r eset端输出为低电平，系统 进入复位 状态，再重复以上的 充电 过程，系 统进入正常工作状态。 两级非门电路用于按钮去抖动和波形整形:nreset 端的输出状态与 r e s e t 端相反， 以 用于高电 平复 位的 器件: 通 过调整ri 和cl 的参数， 可调整复位状态 的时间。 2 . 3 . 4f l a s h 存储器接口电路 flas h存储器是一 种可在 系统 ( i n 一 s y ste 耐 进行电 擦写， 掉电 后信息不丢 失的存储器。它具有低功耗、大容量、 擦写速度快、 可整片或分扇区在系统编程 ( 烧写) 、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各 种嵌入式系 统中 得到了 广泛的 应用. 作为一种非易失性存储器， flash 在系统中 通常用于 存放程序代码、 常量表以 及 一些在系统掉电 后需要保存的用户数据等。 常用的f l a sh为8 位或 16位的数 据宽 度，编程电 压为 单3 . 3v。 本系统中使用的 flash存储器为 hy2 9 l vl60。hy2 9 l v 1 60 的逻辑框图如图 论 文 基于人 rm的液晶显示控制设计 2 . 3 . 4 所示。 图2 . 3 . 4hy2 9 l v 1 6 0的逻辑框图 图2 . 3 . 516位f lash存 储系统电 路图 hy2 9 l v 1 6 0 的单片存储容量为 1 6 m 位 ( z m 字节) ，工作电压为2 . 7 v 3 . 6 v ， 硕 卜 论文基于人 只 五 ， 的液晶妓示控制设汁 采用48脚tso p 封装或48脚f b ga封装，16位数据宽度， 可以以8 位 ( 字节模 式)或 16位 ( 字模式)数据宽度的方式工作。 hy 29lv1 60 仅需单3v电压即可 完成在系统的编程与擦除操作，通过对其内 部的命令寄存器写入标准的命令序列， 可对 f l ash 进行编程 ( 烧写) 、 整片擦除、 按扇区擦除以及其他操作。 本论文使用 hy2 9 l v160 来构建f l ash 存储系统。 由于a 明 微处理器的体系结 构支持8位/l6位/ 32 位的存储器系统，对应的可以构建 8 位的f l a sh 存储器系 统、 16位的f lash存储器系统或32位的f l ash 存储器系统。 32位的 存储器系 统 具有较高的性能，而 16 位的存储器系统则在成本及功耗方面占有优势，而 8 位 的存储器系统现在己经很少使用。 在本论文设计的系统中，选用一片 16 位的 f l a sh 存储器芯片 ( 常见单片容 量有i m b 、 2 从 b 、 4 m b 、 s m b 等) 构建1 6 位的f l a s h 存储系统已 经足 够， 在此采用 一片hy29l v16 o 构建16位的f l ash 存储器系统， 其存储容量为2 淞。 f lash存储 器在系统中通常用于存放程序代码，图 2 . 3 . 5 为 16 位 flash 存储器系统的实际 应用电路图。 2 . 3 . s s d r 人 m 接口 电路的设计 与fla s h 存储器相比较。sdr a m 不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度 大大高于 flash存储器，且具有读/ 写的属性，因此，sdr a m在系统中主要用作 程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，c p u 首先从复位地址 oxo 处读 取启动代码， 在完成系统的初始化后， 程序代码一般应调入 sdram 中运行，以提 高系统的 运行速度，同 时， 系统及用户 堆栈、 运行 数据也 都放在sdr a m 中。 根据本课题设计的系统需求，为充分发挥 32 位 c pu 的数据处理能力，构建 3 2 位的s d r a 期存储器系统。 hy 57v 6 4 1 6 2 0为 1 6位数据宽度， 单片容量为 s mb，本系统选用的两片 h y 5 7 v 6 4 1 6 2 0 并联构建 3 2 位的s d ram 存储器系统， 共 1 6 朋 的s d r a m 空间，可满 足嵌入 式操作系统及各种相对较复杂的 算法的 运行 要求。 图2 . 3 . 6 为32位s d r a ” 存储器系统的实际应用电路图。 硕 1 : 论文基于a r m的液晶显示控制设计 日 日 日 日 日 骊 口 口 【 二 一 尸 一 尸 r- l 万 ，二 广 ， 畏 城丰扩 ， 厂门 l， 尸 尸， r ， 李 广 门 【曰 l es r 州r- 口 目 日 口 口 口 1一 日日 卜 日 一厂 日日!一 贝l t日厂一!一 甘 甘 营 甘 甘 甘 食 身 营 含 奋 昏 音 营 看 音“ 月 遥 尼旦 乡 早萝 梦 夏 萝 己 二 二 二 二 。 二 。 。 二 二 鑫 ，: :登 肾。 。， ， ，了 梦 了 了 口 口口口 口口 口 口 目侣 一 卜 卜 卜 洲 r es曰 门口口 日 日 口 日 日 口弋 ，尸弋气 分 ，分 阅 弋 ， 份 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电平，标准 逻辑 “ 0 ” 对应 ov0 . 4v 电平， 而rs一 2 3 2 一 c 标准采用负逻辑方式， 标准逻辑 勺” 对应一 sv一 巧v 电平，标准逻辑 “ 0 ”对应巧v +lsv 电平， 显然，两者间要进行 通信必须经过信号电平的转换，目 前常使用的电平转换芯片为 以x 2 3 2 。 图 23 . 7 为m 八 x 2 3 2 的应用电路图。 为缩小电路板面积， 系统只设计了一个9 芯的0型插头， 通过两个跳线选择 s3c34 10b 的 u a rto 或uar ti，同时设计数据发送与接收的状态指示 l ed，当有数 据通过串行口传输时，l 印 闪烁，便于用户掌握其工作状态以及进行软、硬件的 调试 。 2 . 3 . 7jtag接口电 路的 设计 jta g ( j o i n t t e s t a c t i o ng r o u p ， 联合测 试行动小组 ) 是一 种国际标准测试 协议， 主要用于芯片内 部测试及对 系统进行仿真、 调试， jtag 技术是一种嵌入 式调试技术， 它在芯片内 部封装了 专门的测 试电 路t ap ( t e s t a ccess p ort ， 测 试访问口) ， 通过专 用的jtag 测试工 具对内 部节点 进行测 试。 目 前大多数比较复 杂的 器件都支持j t ag 协议，如a 阴、 d sp、 f 民 a 器件等。标准的jtag接口是4 线: 翎5 、 t c k 、 t di、 t d o ， 分别为测试模式 选择、 测试时 钟、 测试数据输入和测 试数据输出。 jtag 测试允许多个器件通过j t ag 接口串 联在一起，形成一 个 j t ag 链， 能 实现对 各个器 件分别测试。 j t ag接口 还常 用于实现i s p(工 n 一 s y stemp rogr如 able 在系统 编程) 功能， 如对 f l a sh器件 进行编程等。 20针j t a g 接口 定义如表2 . 3 . 2 所示。 表2 . 3 . 2 20针j t ag接口 定义 引脚名称描述 1v tr e f 目标板参考电压，接电源 2v c c 接电 源 3n tr s t 测试系统复位信号 4 、6 、8 、1 0 、1 2 、 1 4 、1 6 、1 8 、2 0 g nd 接地 5t di 测试数据串行输入 7t ms 测试模式选择 9 t ck 测试时钟 1 1 r t c k 测试时钟返回信号 l 3t d o 测试数据串行输出 l 5n re s e t 目标系统复位信号 1 7 、 1 9n c未连接 硕卜 论 文基于八 只 m 的液晶显示控制设计 2 . 3 . 810 wl oo从 以 太网接口电 路的 设计 5 3 c 4 5 1 0 b内嵌一个以太网控制器，支持媒体独立接口 ( m e d i al n d e p e n d e n t i n t e r fac e ，m l l )和带缓冲 d 琳 接口 ( b u f fer e d d 以 i n t e r 化c e ，s d i ) 。可在半 双工或 全双工模式下提供 10 m / 10 o m b ps的以 太网接入。 在半 双工模式下， 控制 器 支持cs以/cd 协议，在全双工模式下支持 i e e e 8 02 3袱c控制层协议。 因 此， 5 3 c 4 5108 内 部实际 上己 包含了以 太网m a c控制， 但并未提供物 理层 接 口，因此， 需外接